基于多监测点电波传播衰减等差线交叉的信号源定位方法技术

技术编号:19487506 阅读:35 留言:0更新日期:2018-11-17 11:39
本发明专利技术公开了一种基于多监测点电波传播衰减等差线交叉的信号源定位方法,包括如下步骤:步骤一:在监测区域内建立n≥3个电磁信号监测点;步骤二:确定n个监测点两两之间的电波传播衰减等差线,得到

【技术实现步骤摘要】
基于多监测点电波传播衰减等差线交叉的信号源定位方法
本专利技术属于频谱监测领域,涉及一种基于多监测点电波传播衰减等差线交叉的信号源定位方法。该方法以电磁监测点测得的信号强度为基准,通过监测区域的地理信息和电波传播算法,构建监测点之间的电波传播衰减等差线,并用多条等差线交叉来定位信号源。
技术介绍
随着人类对电磁频谱资源越来越深入和广泛的应用,电磁环境日趋恶化,频谱资源日益紧张。为有效利用电磁频谱资源,维护合法通信畅通,减少电磁污染和恶意电磁干扰,必须掌握可靠的室外无线电测向定位技术和手段。根据测向定位目标的特征,可以将无线电测向定位技术分为无源目标测向定位与有源目标测向定位。一般而言,当将前者的技术适用于后者时,后者的定位效果更好。无源目标测向定位一般包含测向和定位2步,首先是多监测点测向,然后可实现交叉定位。无源目标测向大致包含4种体制:(1)比幅测向:根据测向天线或天线阵测得同一信号的相对辐射功率大小确定信号方向;(2)比相测向:根据测向天线或天线阵测得同一信号的相对相位差确定信号方向;(3)空间谱估计测向:以天线阵输出信号的空间相关特性为基础的超分辨谱估计方法;(4)干涉仪测向:干涉仪分为相位干涉仪和相关干涉仪两类,相位干涉仪没有预先建立的样本库,波达相位差求解;相关干涉仪须预先将方位角和俯仰角按一定分辨率建立样本库,将来波的相位差矢量与样本库一一对比。现代的无源目标测向定位一般都需要精密的天线或天线阵。有源目标测向定位,一般需要有源目标发出一个可以被有效识别的标识,大致包含4种体制:(1)基于波达时间定位(TOA):运用多个监测点对某信号到达时间进行数据采集,估算监测点与目标距离后,使用等距圆弧交叉定位;(2)波达时间差定位(TDOA):通过比较同一个信号到达不同监测点所耗费时间的时间差来得到目标到不同监测点的距离差,交叉以不同监测点为焦点的双曲线可以实现定位;(3)信号强度定位(SOA):又称为信号强度测距法(RSSI),该方法的目标辐射信号强度为已知量,通过测量接收信号强度,使用电磁波空间衰减的统计模型,估算目标和监测点的距离,进而再实现交叉定位。然而,现有的定位方法都不易有效去除电磁波绕射和多径效应的影响。
技术实现思路
为了至少部分的解决上述已有技术存在的不足,本专利技术提出一种基于多监测点电波传播衰减等差线交叉的信号源定位方法,是一种无源目标的测向定位方法,能准确定位未知信号源的位置。本专利技术所提出的定位方法能够有效克服地理环境所带来的电磁波绕射和多径效应影响,且不依赖于精密的天线或天线阵。根据本专利技术的一方面,提供一种基于多监测点电波传播衰减等差线交叉的信号源定位方法,包括如下步骤:步骤一:在监测区域内建立n≥3个电磁信号监测点,其中任意3个监测点的位置不共线,第k个监测点表示为Rk(k=1,2,…,n)以及此监测点Rk处测得的信号源的辐射功率为Pk;步骤二:确定n个监测点两两之间的电波传播衰减等差线,得到条等差线;步骤三:找到条等差线两两之间的交点,这些交点重合度最高的网格区域即为未知信号源的定位位置。进一步,所述步骤一还包括:按照GIS系统的分辨率m,将监测区域划成栅格。在一些实施方式中,所述步骤二中,确定两个监测点间的电波传播衰减等差线包括如下步骤:S01:根据监测点Rk和Rj测得的信号源的辐射功率Pk和Pj,计算监测点Rk和Rj的辐射功率差值Pk-Pj=xdB,其中,k,j≤n,且k≠j,x为实数;S02:在每个栅格点建立频率为f0、辐射功率为P0的辐射源,计算每个栅格点的辐射源到监测点Rk和Rj的电波衰减lk和lj,将差值ΔL=lk-lj相等的栅格连接成线,得到监测点Rk和Rj间的电波传播衰减等差线簇;S03:在步骤S02得到的等差线簇中挑选出电波传播衰减之差为xdB的等差线,确定为监测点Rk和Rj间的电波传播衰减等差线ΔLk,j。进一步,步骤S02中,采用包含地形地貌的Detvag-90/FOI电波传播模型计算每个栅格点的辐射源到监测点Rk和Rj的电波衰减lk和lj。在一些实施方式中,所述步骤二中,确定两个监测点间的电波传播衰减等差线包括如下步骤:S01’:在监测点Rk上架设辐射功率为Pj的虚拟辐射源,应用电波传播算法,在GIS系统上绘制出该虚拟辐射源产生的辐射电场等高线;S02’:同样,在监测点Rj上架设辐射功率为Pk的虚拟辐射源,绘制辐射电场等高线;S03’:两个虚拟辐射源的辐射电场等高线存在多个交点,这些交点连成线即为监测点Rk和Rj间的电波传播衰减之差为xdB的等差线,将该等差线确定为监测点Rk和Rj间的电波传播衰减等差线ΔLk,j,其中,k,j≤n,且k≠j,x为实数。进一步,信号源为全向辐射,高度为h,接收天线为全向天线。本专利技术的有益效果在于:电波传播算法充分考虑了信号的绕射和多径效应。基于电波传播衰减等差线交叉的信号源定位方法能克服克服地理环境所带来的电磁波绕射和多径效应影响,实现复杂地理环境中信号源的定位。附图说明为了更清楚地说明本申请实施方式中的技术方案,下面将对实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍。图1是监测区域中监测点R1、R2、R3的位置示意图。图2是一实施例的监测点R1和监测点R2的电波传播衰减等差线簇的轨迹图。图3是另一实施例的监测点R1和监测点R2的电波传播衰减值等差线ΔL1,2的轨迹图。图4是根据三条等差线ΔL1,2、ΔL2,3、ΔL1,3的交叉点估计辐射源源位置的示意图。具体实施方式下面将结合本申请实施方式中的附图,对本申请的实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述。为便于计算,信号的辐射功率单位统一为dBm。不失一般性可简化模型,设定信号源的频率为f0,信号源为全向辐射,高度固定在h;接收天线也为全向天线。监测区域内GIS系统中的分辨率为m。步骤一:如图1所示,选定监测区域,建立n=3个电磁信号监测点R1、R2、R3,3个监测点R1、R2、R3的位置不共线。在本示例中,设定信号源的频率f0=900MHz。监测点R1、R2、R3中的每个监测点测得信号源的信号辐射功率分别为P1=-77.1dBm、P2=-74.5dBm、P3=-76.1dBm。步骤二:确定监测点R1、R2之间的电波传播衰减等差线ΔL1,2。在电波传播衰减等差线ΔL1,2上,信号源到监测点R1、R2的电波传播衰减之差ΔL恒等于P2-P1=-74.5dBm-(-77.1dBm)=2.6dBm。ΔL取值不同时,有不同的等差线,ΔL的数据有效位数与监测点实测数据保持一致。同理确定监测点R2、R3之间的电波传播衰减等差线ΔL2,3,监测点R1、R3之间的电波传播衰减等差线ΔL1,3。本专利技术的监测点两两之间的电波传播衰减等差线可以通过以下两种方向确定。为简化说明,下面仅以等差线ΔL1,2为例说明等差线的确定方法。方法1:按照GIS系统的分辨率m,将监测区域划成栅格。在每个栅格点建立频率为f0=900MHz的辐射源,设置辐射功率可以随意取值,这里取值从P0=-20dBm开始,采用包含地形地貌的Detvag-90/FOI电波传播模型计算每个栅格点的辐射源到监测点R1和R2的电波衰减l1和l2,将差值ΔL=l1-l2相等的栅格连接成线,即可得到监测点R1和R2间电波传播衰减等差线簇。将本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于多监测点电波传播衰减等差线交叉的信号源定位方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤一:在监测区域内建立n≥3个电磁信号监测点,其中任意3个监测点的位置不共线,第k个监测点表示为Rk(k=1,2,…,n)以及此监测点Rk处测得的信号源的辐射功率为Pk;步骤二:确定n个监测点两两之间的电波传播衰减等差线,得到

【技术特征摘要】
1.一种基于多监测点电波传播衰减等差线交叉的信号源定位方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤一:在监测区域内建立n≥3个电磁信号监测点,其中任意3个监测点的位置不共线,第k个监测点表示为Rk(k=1,2,…,n)以及此监测点Rk处测得的信号源的辐射功率为Pk;步骤二:确定n个监测点两两之间的电波传播衰减等差线,得到条等差线;步骤三:找到条等差线两两之间的交点,这些交点重合度最高的网格区域即为未知信号源的定位位置。2.根据权利要求1所述的基于多监测点电波传播衰减等差线交叉的信号源定位方法,其特征在于,所述步骤一还包括:按照GIS系统的分辨率m,将监测区域划成栅格。3.根据权利要求2所述的基于多监测点电波传播衰减等差线交叉的信号源定位方法,其特征在于,所述步骤二中,确定两个监测点间的电波传播衰减等差线包括如下步骤:S01:根据监测点Rk和Rj测得的信号源的辐射功率Pk和Pj,计算监测点Rk和Rj的辐射功率差值Pk-Pj=xdB,其中,k,j≤n,且k≠j,x为实数;S02:在每个栅格点建立频率为f0、辐射功率为P0的辐射源,计算每个栅格点的辐射源到监测点Rk和Rj的电波衰减lk和lj,将差值ΔL=lk-lj相等的栅格连接成线,得到监测点Rk和Rj间的电波传播衰减等差线簇;S03:在步骤S02得到的等差线簇中挑选出电波传播衰减之差为xdB的等差线,确定为监测点Rk和Rj间的电波传播衰减等差线ΔLk,j。4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员:戴飞周芳宇符新凯
申请(专利权)人:北京航空航天大学
类型:发明
国别省市:北京,11

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